Điều khiển tốc độ động cơ

BN NHN XẫT CA GIO VIấN HNG DN Ngy25thỏng 04 nm 2015 Ging viờn hng dn Nguyn Vit Ng LI NểI U Ngy cụng ngh khoa hc k thut khụng ngng phỏt trin Trong ú nghnh k thut in t ó t c nhiu thnh tu to ln cuc sng ca ngi.Cựng vi s phỏt trin ú ngnh cụng ngh k thut in-in t cng ó cú nhng bc phỏt trin vt bc.Trong thi i hin mỏy múc ó v ang dn thay th ngi lm vic v lm c vic ú cỏc ng c in cng rt quan trng vic truyn ng cho cỏc c cu ú.Gn lin vi vic s dng ng c l quỏ trỡnh iu khin ng c cho phự hp vi yờu cu thc t Vi mong mun tỡm hiu, ng dng nhng tin b ca khoa hc k thut hin i vo phc v sn xut v phc v i sng ngi hn na c s hng dn v giỳp ca thy Em ó thc hin ti: iu khin tc ng c cú gn mỏy phỏt in mt chiu .Do trỡnh hiu bit cũn hn ch, nờn dự c gng ht sc vic thc hin ti cng khụng trỏnh thiu sút Mong cỏc thy(cụ) ch bo thờm em hiu c sõu sc hn Em xin chõn thnh cm n thy Nguyn Vit Ng ó nhit tỡnh giỳp em hon thnh tt bn ỏn ny MC LC CHNG I:C S Lí THUYT 1.1.Gii thiu v phng phỏp PWM Phng phỏp iu ch PWM cú tờn ting anh l Pulse Width Modulation l phng phỏp iu chnh in ỏp ti hay núi cỏch khỏc l phng phỏp iu ch da trờn s thay i rng ca chui xung vuụng dn n s thay i in ỏp S dng PWM iu khin nhanh chm ca ng c hay cao hn na nú cũn c dựng iu khin n nh tc ng c Ngoi lnh vc iu khin hay n nh ti thỡ PWM nú cũn tham gia v iu ch cỏc mch ngun nh l : boot, buck, nghch lu pha v pha PWM chỳng ta cũn gp nhiu thc t v cỏc mch in iu khin iu c bit l PWM chuyờn dựng iu khin cỏc phn t in t cụng sut cú ng c tớnh l tuyn tớnh cú sn ngun chiu c nh Cỏc PWM bin i thỡ cú cựng tn s v khỏc v rng ca sn dng hoc l sn õm d hiu hn ta cú hỡnh v sau : Hỡnh 1.1. th dng xung iu ch PWM S trờn l dng xung iu ch chu kỡ thỡ thi gian xung lờn (Sn dng) nú thay i dón hoc co vo V rng ca nú c tớnh bng phn trm tc l rng ca nú c tớnh nh sau : rng = (t1/T).100 (%) Nh vy thi gian xung lờn cng ln chu kỡ thỡ in ỏp u s cng ln Nhỡn trờn hỡnh v trờn thỡ ta tớnh c in ỏp ti s l : + i vi PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V) + i vi PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V) + i vi PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V) C nh th ta tớnh c in ỏp u ti vi bt kỡ rng xung no 1.1.1.Nguyờn lý ca phng phỏp PWM õy l phng phỏp c thc hin theo nguyờn tc úng ngt ngun ti ti v mt cỏch cú chu kỡ theo lut iu chnh thi gian úng ct Phn t thc hin nhin v ú mch cỏc van bỏn dn Xột hot ng úng ct ca mt van bỏn dn Dựng van úng ct bng Mosfet Hỡnh.1.2.S úng ngt ngun vi ti Hỡnh 1.3. th xung ca van iu khin v u Trờn l mch nguyờn lý iu khin ti bng PWM v gin xung ca chõn iu khin v dng in ỏp u dựng PWM * Nguyờn lý : Trong khong thi gian - to ta cho van G m ton b in ỏp ngun Ud c a ti Cũn khong thi gian to - T cho van G khúa, ct ngun cung cp cho ti Vỡ vy vi to thay i t cho n T ta s cung cp ton b , mt phn hay khúa hon ton in ỏp cung cp cho ti + Cụng thc tớnh giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ti : Gi to l thi gian xung sn dng (khúa m )cũn T l thi gian ca c sn õm v dng, Umax l in ỏp ngun cung cp cho ti ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D vi D = t1/T l h s iu chnh v c tớnh bng % Nh vy ta nhỡn trờn hỡnh th dng iu ch xung thỡ ta cú : in ỏp trựng bỡnh trờn ti s l : + Ud = 12.20% = 2.4V ( vi D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vúi D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Vi D = 90%) 1.1.2.Cỏc cỏch to c PWM iu khin to c PWM thỡ hin cú hai cỏch thụng dng : Bng phn cng v bng phn mm Trong phn cng cú th to bng phng phỏp so sỏnh hay l t trc tip t cỏc IC dao ng to xung vuụng nh : 555, LM556 Trong phn mm c to bng cỏc chip cú th lp trỡnh c To bng phn mm thỡ chớnh xỏc cao hn l to bng phn cng Nờn ngi ta hay s dng phn mm to PWM 1.1.2.1 To bng phng phỏp so sỏnh to c bng phng phỏp so sỏnh thỡ cn iu kin sau õy : + Tớn hiu rng ca : Xỏc nh tn s ca PWM + Tớn hiu ta l mt in ỏp chun xỏc nh mc cụng sut iu ch (Tớn hiu DC) Xột s mch sau : Hỡnh.1.4.To xung vuụng bng phng phỏp so sỏnh Chỳng ta s dng mt b so sỏnh in ỏp u vo l xung rng ca (Saw) v tớn hiu chiu (Ref) + Khi Saw < Ref thỡ cho in ỏp l 0V + Khi Saw > Ref thỡ cho in ỏp l Urmax V c nh vy mi chỳng ta thay i Ref thỡ Output li cú chui xung rng D thay i vi tn s xung vuụng Output = tn s xung rng ca Saw Vi tn s xỏc nh c l f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nờn ch cn iu chnh R2 l cú th thay i rng xung d dng Ngoi 555 cũn rt nhiu cỏc IC to xung vuụng khỏc 1.1.2.2 To bng phng phỏp dựng IC dao ng Nh chỳng ta ó bớt thỡ cú rt nhiu IC cú th to c trc tip xung vuụng m khụng cn phi to tớn hiu tam giỏc lm gỡ vỡ ú nú ó tớch hp sn ht c ri v ta ch vic lp vo l xong Tụi ly vớ d dựng dao ng IC555 vỡ IC ny va n gin li d kim Hỡnh 1.5.Mch to xung bng ne555 Vi tn s xỏc nh c l f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nờn ch cn iu chnh R2 l cú th thay i rng xung d dng Ngoi 555 cũn rt nhiu cỏc IC to xung vuụng khỏc 1.1.2.3 To xung vuụng bng phn mm õy l cỏch tụi u cỏc cỏch to c xung vuụng Vi to bng phn mm cho chớnh xỏc cao v tn s v PWM Vi li mch ca chỳng ta n gin i rt nhiu Xung ny c to da trờn xung nhp ca CPU 1.1.3.Mt vi ng dng ni bt ca PWM 1.1.3.1.PWM iu khin ng c iu m chỳng ta d nhn thy rng l PWM rt hay c s dng ng c iu khin ng c nh l nhanh , chm, thun ,nghch v n nh tc cho nú Cỏi ny c ng dng nhiu iu khin ng c chiu v s nguyờn lý ca mch iu khin ng c DC l : Hỡnh 1.6.S nguyờn lý ca mch iu khin ng c DC õy l mch n gin iu khin ng c Nu mun iu khin ng c quay thun quay ngc thỡ phi dựng n cu H 1.1.3.2 Trong cỏc b bin i xung ỏp Trong cỏc b bin i xung ỏp thỡ PWM c bit quan trng vic iu chnh dũng in v in ỏp ti.B bin i xung ỏp cú nhiu loi nh l bin i xung ỏp ni tip v b bin i xung ỏp song song Ly mch nguyờn lý n gin b ngun Boot n gin.õy ch l mch nguyờn lý Hỡnh 1.7.S mch nguyờn lý ca mch ngun Boot õy l nguyờn lý ca mch ngun Boot Dựng xung iu khin to tớch ly nng lng t trng to in ỏp ti ln hn in ỏp vo Ngoi nhng cỏi trờn thỡ PWM cũn c s dng cỏc b chuyn i DC -AC , hay bin tn, nghch lu 1.1.4.u nhc im mch PWM lm mch iu khin ng c DC: 1.1.4.1.u im: - Transistor li ch cú nht hai trng thỏi (ON hoc OFF) ú loi b c mt mỏt v nng lng t núng hay nng lng rũ r ti li - Di iu khin rng hn so vi mch iu chnh tuyn tớnh - Tc mụ t quay nhanh hn cp chui xung iu ch theo kiu PWM so vi cp mt in ỏp tng ng vi in ỏp trung bỡnh ca chui xung PWM 1.1.4.2.Nhc im: 10 khâu so sánh cần có lệnh mở khoá van bán dẫn iu khin ong ngt IRF Z44 Bng cach iu chnh bin tr Udk thay i ta c dng xung u thay i tng ng in ỏp s thay i 3.2.4 Van ng lc: Hỡnh 3.6.Van ng lc Van ng lc c dựng s ny l loi transistor trng hay MOSFET cú tờn l IRF 540 Nú l MOSFET loi N (N-CHANNEL) cú th chu c dũng lờn n 25A v tn s úng ngt rt cao (1MHz).Nú dựng úng ngt v khuch i in ỏp cung cp cho ng c DC 3.3.Mt s yờu cu i vi mch iu khin 3.3.1.Xung iu khin phi m bo yờu cu v ln ca in ỏp v dũng iu khin : -Giỏ tr nh nht khụng vt quỏ giỏ tr cho phộp ca nh sn xut -Giỏ tr nh nht cng phi m bo m c thyristor mi iu kin -Tn hao cụng sut trờn cỏc cc iu khin phi nh hn giỏ tr cho phộp 3.3.2. ln xung iu khin -Khi ti ca mch cú in cm ln thỡ dũng in chm nờn phi tng rng xung iu khin.Thụng thng rng xung iu khin khụng nh hn 0,5às 3.3.3.Chia dc Ngi ta chia dc xung iu khin lm hai phn: dc sn trc v dc sn sau. m Thyristor cú th "ung sn phớa no cng c nhng ngi 26 ta thng s dng sn sau m Thyristor Vỡ vy, dc sn trc xung iu khin cng cao thỡ Thyristor cng tt Thụng thng yờu cu dc ca xung iu khin l: d di k = 0,1 dt ( A/ às) 3.3.4. i xng ca xung cỏc kờnh iu khin Trong b bin i nhiu pha, nhiu van, i xng ca cỏc xung iu khin gia cỏc kờnh s quyt nh n c tớnh ca h Nu xung iu khin khụng i xng thỡ dũng in cỏc pha s cú gớ tr v hỡnh dng khỏc lm mt cõn bng sc t ng ca mỏy bin ỏp Do ú lm tng cụng sut mỏy bin ỏp 3.3.5. tin cy Mch iu khin phi m bo lm vic tin cy mi iu kin nh nhit mụi trng thay i, tớn hiu nhiu tng Xung iu khin phi ớt ph thuc vo s dao ng ca nhit , dao ng ca in ỏp ngun, kh c nhiu cm ng v khụng Thyristor m ngoi ý mun 3.3.6.Lp rỏp v hnh Mch iu khin cng nh mch in phi s dng ht cỏc thit b cú sn, d lp rỏp,d thay th,d iu chnh , lp ln v mi cú kh nng lm vic c lp 3.4.S chõn ca mt s IC mch S chõn ca IC LM324 27 Hỡnh 3.7.S chõn LM324 Hỡnh 3.8 S chõn 7404 Bng 3.1 Bng trng thỏi 28 4.1:S mch thit k cỏc hon chnh: Khi iu khin tc Khi ngun KHI NGUN NG C KHI IU KHIN TC 5.1:Mch ngun: to in ỏp n nh ca ngun nuụi 12 (V) ta chn vi mch n ỏp 78L12 cú: in ỏp u vo ta chn: Uvo= 12(V) in ỏp u ra: Ura= 12 (V) ữ Dũng in ra: Ira= ( 1) (A 29 , C lc thnh phn súng hi bc cao chn: C1= 2200 T C1 àF / 35(V ) 6.1:Mch iu khin Khõu cỏch ly,to in ỏp úng m IRE thay i tc ng c thỡ ta thay iUkthụng qua chit ỏp Khi Uk thay i lm cho thay i v rng xung thay i Khõu to dao ng v to in ỏp: Chu k xung tam giỏcT=4RC R1 R2 õy ta chn tn s bm xung f=500Hz phự hp vi yờu cu ti ng c Ta cú T=1/ f =1 / 500 = 2(ms) Vy ta cú: T = 4RC Chn :R1=R2=47k R=100 k R1 R2 =2.10-3 , chọn C= 0,001uF 30 31 Hỡnh 3.2.Mch lp Mch lp cú chc nng n nh in ỏp u ly t cu phõn ỏp a vo u vo khụng o ca ic khuch i thut toỏn Ta cú: Vout=[R2/(R1+R2)]*Vin R1=R2=100K nờn : Vout=[R2/2R2]*Vin =Vin/2=12v/2v=6V Khõu so sỏnh in ỏp: Hỡnh 3.4.Mch so sỏnh in ỏp - õy thc cht l mt bụ cng o du Khi ú: Uss1= -Uss2 32 Hỡnh 3.5. th so sỏnhin Uk vi Urc Tng t nh cỏc mch so sỏnh thng gp.Khõu so sỏnh ca PWM bỏo hiu s cõn bng gia in ỏp cn so sỏnh v in ỏp chun t ú xỏc nh thi im m v khúa van bỏn dn.u vo ca khõu ny gm cú hai tớn hiu,in ỏp ta (in ỏp tam giỏc) v in ỏp mt chiu lm in ỏp iu khin nh hỡnh 3.5 T hỡnh 3.5 thy rng mi chu k in ỏp ta cú hai thi im in ỏp ta bng in ỏp iu khin.Ti cỏc thi im ú,u ca khõu so sỏnh i du chng hn in ỏp ang mc dng s chuyn sang mc õm v ngc li.Tng ng vi cỏc thi im t bin in ỏp u ca khõu so sỏnh cn cú lnh m hoc khúa van bỏn dn m õy chớnh l iu khin úng ngt( IRF 540).Bng cỏch iu chnh bin tr Udk thay i ta c dng xung u thay i tng ng in ỏp s thay i 7.1:Mch ng lc: Mch cụng sut dựng MOSFET bm xung cung cp in ỏp t vo ng cv thay i c tc 33 a.Ký hiu Mosfet: b.c tớnh ca MOSFET MOSFET hay cũn gi l transistor cú cc ca cỏch li, cú tỏc dng nh mt khúa K Vic kớch úng hay m kha K tựy thuc vo in ỏp t vo chõn G ca FET.VG cú th õm hoc dng c tớnh dn ca MOSFET Mt s thụng s quan trng ca MOSFET (IRFZ44) dựng mch - Dũng lm vic Max t 23A ~ 50A tựy nhit mụi trng cao hay thp - Kớch dn bng ỏp 0~12v - Nhit lm vic -55C ~ 175 C 10 Phõn tớch mch: - LM324 to v bm xung PWM tựy chnh rng xung thụng qua bin - tr v a xung vo kớch m FET Role cú nhim v o chiu ng c bng cỏch thay i cc ngun - chiu vo ng c FET c kớch m bng xung PWM lm thay i in ỏp trung bỡnh t vo ng c lm thay i tc ca ng c 34 8.1:S mch nguyờn lý Hỡnh 3.6:S nguyờn lớ ton mch 35 9.1:S mch bord Hỡnh 3.7:S bord 36 HèNH NH THC 37 CHNG IV:KT LUN Trong sut quỏ trỡnh thc hin ti ny, vi nhiu c gng v n lc ca em cựng vi s hng dn, ch bo tn tỡnh ca thy Trn Quang Phỳ em ó hon thnh ti ny.Tuy nhiờn cng cũn mt s hn ch khõu thit k.Qua quỏ trỡnh thc hin ti ny chỳng em ó hc hi c rt nhiu b ớch v cỏc Phng phỏp iu khin ng c cng nh cỏc phng phỏp iu ch xung vi PWM v chỳng em cng c nõng cao kh nng thc hnh lm mch,tra cu cỏc linh kin.c bit l quỏ trỡnh trc tip bt tay vo lm nhng sn phm c th em nhn thc rừ hn gia lý thuyt v thc hnh cũn cú mt khong cỏch khụng nh, t cho em phi tỡn hiu v khc phc nhng khỳc mc quỏ trỡnh thc hin õy l mt hnh trang quý bỏu cho nhng sinh viờn bc vo cuc sng ngh nghip sau ny Mc dự ó cú nhiu c gng quỏ trỡnh lm ỏn ,song hn ch v mt thi gian v kh nng nờn khụng th trỏnh cú nhng sai sút Rt mong nhn c s úng gúp ý kin ca cỏc thy v cỏc bn ỏn ca chỳng em hon chnh hn Xin chõn thnh cm n! 38 TI LIU THAM KHO 1:Giao trỡnh in t cụng sut (tỏc gi:Trn Trng Minh Nh xut bn giỏo dc,xut bn 11- 2007) 2: in t cụng sut (tỏc gi :Nguyn Bớnh Nh xut bn khoa hc v k thut,xut bn 3-2000) 3:in t cụng sut (tỏc gi Lờ Vn Doanh Nh xut bn khoa hc v k thut) 39 TI LIU IN T Cỏc ti liu trờn Internet http://hoiquandientu.com//index.php?go=category_3&mode=1&page=3 http://www.3c.com.vn/Story/vn/hotrokhachhang/kienthucmaytinh/2009/2/51264 html http://bmtbd.uct.edu.vn/forum/showthread.php?t=693 http://server.hocavr.com/writing/hbridge.htm http://www.datasheets.org.uk/pdf/getfile.php?dir=Datasheets-20&file=DSA394058.pdf&scan= http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/134/49732_DS.pdf http://www.parl.clemson.edu/~wjones/371/chips/7402.pdf 40 [...]... điện áp tựa (điện áp tam giác) và điện áp một chiều làm điện áp điều khiển Từ hình 3.5 thấy rằng trong mỗi chu kỳ điện áp tựa (in ap rng ca) có hai thi điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển Tại các thời điểm đó, đầu ra của khâu so sánh đổi dấu điện áp chng hn in ap ang mc dng s chuyn xung mc am v ngc li Tơng ứng với các thời điểm đột biến điện áp đầu ra 25 của khâu so sánh cần có lệnh mở hoặc khoá